土壤類型三江平原土地利用、覆被變化影響

以福州市南臺島為例,研究了不同土地利用/覆被變化對土壤全碳、全氮含量的影響。結果表明:1)不同土地利用方式下土壤全碳(totalcarbon,tc)、全氮(totalnitrogen,tn)含量均存在顯著差異(p0.05)?？傮w而言,城市化地區(qū)的土壤具有較大的變異性,存在明顯的人為干擾痕跡。

通過選擇3個具有不同地質(zhì)背景、氣候條件等環(huán)境特征的山西汾陽馬跑-郭莊巖溶泉域、湖南湘西大龍洞地下河流域、廣西桂江流域,對流域內(nèi)具有代表性的不同土地利用方式和覆被類型下墊面土壤20～50cm深處co2濃度進行檢測。結果顯示,土地利用方式和覆被變化對3個流域巖溶土壤中20cm、30cm、40cm和50cm深處co2濃度具有明顯的影響作用:湖南湘西大龍洞地下河流域多數(shù)樣地土壤co2表現(xiàn)為隨土層的加深先增加后降低的雙向梯度;山西馬跑-郭莊泉域玉米地的土壤co2濃度比種植馬鈴薯的高,且隨著覆被條件由草地→灌叢→林地的改善,土壤的擾動性變小,co2濃度差趨于減少,變幅趨于穩(wěn)定。各個流域相同覆被類型,群落結構和優(yōu)勢種變化越小,土壤co2濃度變幅越小。

綜述土地利用/覆被變化(lucc)對區(qū)域氣候影響研究進展,并對其研究熱點進行分析。lucc對區(qū)域氣候各因素影響的研究仍然存在較多分歧,如lucc對溫度的作用是增是減,影響程度有多大,對降水有無影響以及降水的增減,今后需要更加深入的研究。

為了研究坡度因素對土地利用/覆被分布及其動態(tài)變化的影響,以陜西省西安市長安區(qū)為研究區(qū),采用數(shù)字高程模型、遙感影像及相關輔助數(shù)據(jù),應用gis手段提供的空間分析方法,將長安區(qū)地形進行坡度分級,把兩個不同時期的遙感影像解譯結果與坡度分級圖進行了空間疊加分析。研究結果表明,耕地、建筑用地、水域等分布在坡度較小范圍,林地、草地的坡度分布范圍近似于正態(tài)分布。不同年份各土地利用類型在相同坡度所占面積比例基本不變;不同坡度范圍內(nèi)的土地利用變化不盡相同。其它土地類型向耕地和建筑用地的轉化主要集中在低坡度范圍內(nèi),而其它土地類型向林地和草地的轉化在整個坡度范圍上大體呈正態(tài)分布。因此,坡度因素是土地利用/土地覆被的重要影響因素,坡度因素對土地利用格局具有明顯的控制作用。

介紹了土地利用/覆被變化的主要形式,分析了土地利用/覆被變化對河流的水文情勢、水質(zhì)、泥沙、河流生態(tài)系統(tǒng)的結構、功能和生物多樣性的影響,為生態(tài)保護提供技術指導。

【目的】土地利用/覆被變化通過改變陸地植被覆蓋度對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,筆者估算1990—2015年三峽庫區(qū)不同土地利用類型碳儲量的變化,及時有效地評估土地利用變化與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的關系,了解三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量對土地利用變化的響應,為區(qū)域碳循環(huán)研究提供參考。【方法】以1990年、2000年、2015年landsat影像獲取三峽庫區(qū)土地利用/覆被變化數(shù)據(jù),應用invest模型定量分析了土地利用/覆被變化對三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響。【結果】1990—2015年三峽庫區(qū)土地利用格局和各類土地面積發(fā)生了明顯變化,林地、水域、建設用地和未利用地面積均不斷增加,而耕地和草地面積減少；1990—2015年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量呈持續(xù)增加趨勢,凈增加量為90.43tg,增加率為24.47%,年增加率為0.98%；三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量空間分布不均,呈現(xiàn)出東高西低、南高北低的趨勢；耕地轉化為林地是庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量增加的主要原因,碳損失途徑主要源于林地開墾為耕地、其他土地利用類型轉為水域和建設用地?！窘Y論】三峽庫區(qū)土地利用類型變化導致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量時空分布格局發(fā)生了相應變化,生態(tài)系統(tǒng)碳儲量隨林地面積的增加而增加。因此,在保障耕地安全的前提下,加大三峽庫區(qū)退耕還林力度,加強三峽庫區(qū)林地保護,有助于增加庫區(qū)碳匯潛力并改善庫區(qū)生態(tài)環(huán)境。

以貴州省關嶺縣為例,利用1987和1999年兩個時段tm影象和相關資料,分析研究區(qū)12年間的土地利用/土地覆被變化及其土壤侵蝕風險。發(fā)現(xiàn):(1)研究區(qū)土地利用動態(tài)變化較大,年均土地利用綜合動態(tài)指數(shù)為1.36%;(2)旱地和草地互相轉化比例高,草地開墾為旱地和旱地棄耕為草地的動態(tài)變化幅度遠遠超過旱地和草地最終面積變化的幅度;(3)山區(qū)土地利用的空間變化主要體現(xiàn)在垂直方向;(4)研究區(qū)裸土面積下降,一部分被植被覆蓋,另一部分由于土壤流失殆盡,形成裸露基巖,故植被覆蓋率和基巖出露率上升;(5)石漠化程度加劇,其中旱地石漠化發(fā)展速度最快;(6)土壤侵蝕形勢嚴峻。

土地利用變化對土壤侵蝕和水質(zhì)的影響

土壤是人類生存和發(fā)展的必要物質(zhì)基礎,土地利用方式的改變直接影響土壤性質(zhì)。從土壤理化性質(zhì)和微生物特性兩個方面,綜述了土地利用變化對土壤性質(zhì)的影響,旨在為土地有效利用及可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

準確估計土地利用/覆被變化(lucc)對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響已成為當前全球變化和全球碳循環(huán)研究的重點內(nèi)容。本文通過文獻調(diào)研和數(shù)據(jù)的整合分析方法總結討論了近年來中國區(qū)域lucc時空特征及其對陸地碳收支影響,為合理評價中國區(qū)域陸地碳平衡以及確定未來研究發(fā)展方向提供參考。已有大量研究對近年來中國區(qū)域lucc主要特征進行了探討,并分別利用衛(wèi)星遙感方法和ipcc清單法對中國區(qū)域陸地碳源匯影響進行了評估。結果表明,目前全國土地利用活動,特別是農(nóng)林活動正對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支產(chǎn)生了比較顯著的積極作用,但基于以上兩種方法的研究結論之間差異很大,反映出中國lucc導致陸地碳收支變化的評估結果仍存在著較大的不確定性。通過分析認為,中國未來的研究工作應著重于發(fā)展和利用基于土地利用相互轉化面積的計量方法,以提高對中國區(qū)域lucc導致陸地碳收支變化評估的準確性。

基于landsat遙感影像解譯得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被數(shù)據(jù),采用中尺度氣候模式wrf/ucm,在較高分辨率的地形資料和城市冠層參數(shù)支持下,將兩個時期的土地利用/覆被作為模式強迫參量,分別進行兩組數(shù)值模擬試驗.將模擬結果與自動氣象站點觀測數(shù)據(jù)進行對比和驗證,發(fā)現(xiàn)wrf模式能夠較準確地反映深圳市月平均氣溫西高東低的空間分布特征.1986—2011年,深圳市在快速城市化進程中發(fā)生大規(guī)模的土地利用/覆被變化,引起近地表氣溫整體上呈現(xiàn)增高趨勢.其中,7月增溫幅度(0.91℃)普遍大于1月(0.42℃),各種自然植被覆蓋型用地轉變成城鎮(zhèn)建設用地的升溫幅度大多為0.70～1.57℃.主要原因是城鎮(zhèn)建設用地擴張導致地表反照率減小,凈輻射和感熱通量增加,潛熱交換變?nèi)?

基于landsat遙感影像解譯得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被數(shù)據(jù),采用中尺度氣候模式wrf/ucm,在較高分辨率的地形資料和城市冠層參數(shù)支持下,將兩個時期的土地利用/覆被作為模式強迫參量,分別進行兩組數(shù)值模擬試驗。將模擬結果與自動氣象站點觀測數(shù)據(jù)進行對比和驗證,發(fā)現(xiàn)wrf模式能夠較準確地反映深圳市月平均氣溫西高東低的空間分布特征。1986—2011年,深圳市在快速城市化進程中發(fā)生大規(guī)模的土地利用/覆被變化,引起近地表氣溫整體上呈現(xiàn)增高趨勢。其中,7月增溫幅度(0.91℃)普遍大于1月(0.42℃),各種自然植被覆蓋型用地轉變成城鎮(zhèn)建設用地的升溫幅度大多為0.70~1.57℃。主要原因是城鎮(zhèn)建設用地擴張導致地表反照率減小,凈輻射和感熱通量增加,潛熱交換變?nèi)酢?/p>

土地利用及其覆被變化與區(qū)域生態(tài)環(huán)境息息相關,分析研究lucc對區(qū)域水環(huán)境的影響,對調(diào)整和改善當前土地利用現(xiàn)狀具有重要指導意義。本文通過闡述lucc對區(qū)域水環(huán)境的影響機理,分析不同土地利用現(xiàn)狀對水環(huán)境的影響,并對現(xiàn)階段區(qū)域水環(huán)境的研究方法,水文模型和研究成果等方面進行總結,論述lucc對區(qū)域水文水資源影響的研究進展。

采用gis空間分析與傳統(tǒng)統(tǒng)計分析相結合的方法,通過在arcgis8.1的grid模塊中,對瀾滄江流域南段土地的柵格(grid)圖進行地圖代數(shù)運算,形成具有復合數(shù)據(jù)的新grid數(shù)據(jù)表;對新生成grid屬性表的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算,獲得研究時段內(nèi)不同空間范圍的土地利用轉移矩陣數(shù)據(jù)及各類用地上的土壤侵蝕數(shù)據(jù);通過土壤侵蝕綜合指數(shù)(index)的計算,反映了不同區(qū)域、不同土地利用類型上的土壤侵蝕程度及其變化.研究結果表明,耕地、其它林地、低覆蓋度草地上土壤受侵蝕的可能性較其它用地類型大;耕地、中覆蓋度草地、水域的土壤侵蝕強度較其它用地類型大;土地利用變化對土壤侵蝕變化的影響在瀾滄江中游和下游區(qū)域表現(xiàn)較為明顯,而在上游區(qū)域不明顯;上游區(qū)域土壤侵蝕的主導因素不是土地利用及其變化,而是地形、氣候等其它因素.

通過野外考察、典型剖面采樣及室內(nèi)實驗，研究了黃土高原洛川塬典型耕地轉變?yōu)樘O果園后土壤顆粒組成和土壤容重等土壤物理屬性的變異特征.研究結果表明：耕地改為蘋果園地后，在0~20cm土層中，土壤粘粒含量顯著增加(p<0.01)，其他土層沒有顯著變化；在0~60cm土層中，土壤容重顯著降低(p<0.01)；在60~100cm土層中，沒有顯著性變化.在剖面垂直方向上，耕地顆粒含量從表層向下隨著深度增加呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢，在20~40cm土層粘粒含量最高(17.18%)，容重最大(p<0.01)，而蘋果園0~60cm土層粘粒含量大于60~100cm土層，土壤容重則隨著土層深度的增加有降低的趨勢.可見，土壤容重和土壤顆粒中的粘粒含量均對土地利用變化表現(xiàn)出一定的敏感性.

以欽江流域為研究對象,在gis軟件的支持下,構建研究區(qū)swat分布式水文模型,以徑流和泥沙實測數(shù)據(jù)對模型進行校準和驗證,結果顯示相關系數(shù)r2高于0.9,nash-sutcliffe系數(shù)高于0.8,模型模擬精度較高。在固定天氣因子等不變的情況下,基于1990、2008年兩期土地利用數(shù)據(jù),模擬研究區(qū)1968—2008年徑流產(chǎn)沙過程,并分析土地利用/覆被變化對水文效應的影響,結果表明:1990—2008年土地利用變化主要表現(xiàn)為林地、水田面積減少,旱地、草地、水域和建設用地面積增加;與1990年土地利用情景相比,2008年土地利用情景下徑流和輸沙總量均增加,土地利用變化對產(chǎn)流影響較小,對產(chǎn)沙影響較顯著;由土地利用變化引起的月均徑流產(chǎn)沙變化量為汛期增幅大于非汛期;土地利用變化對枯水年徑流產(chǎn)沙過程影響最大,平水年次之,豐水年影響最小。

以1991年、1998年和2006年3期遙感影像數(shù)據(jù)為基礎,采用土地利用轉移矩陣、動態(tài)度、利用度和生態(tài)環(huán)境效益指數(shù)模型,研究了漓江流域1991年以來的土地利用變化及其對生態(tài)環(huán)境效益的影響。結果表明,漓江流域土地利用/覆被于1991～2006年間發(fā)生了較大變化,變化的總體趨勢為林地、耕地、草地和水域面積減少,并轉化為園地、未利用地和建設用地;1991年以來,漓江流域未利用地、建設用地和園地的正向變化速度較大,而林地和草地的負向變化速度較大。漓江流域土地利用綜合變化速率呈現(xiàn)增加趨勢;土地利用度變化呈現(xiàn)波動特征;漓江流域土地利用/覆被變化的主要人文驅動力為經(jīng)濟因素、政策因素等方面;1991～2006年間土地利用變化降低了漓江流域的生態(tài)環(huán)境效益,林地向園地的轉化及耕地向建設用地的轉化是區(qū)域生態(tài)環(huán)境效益下降的主要原因。

利用武漢市主城區(qū)1996年、2000年、2005年和2010年的tm遙感影像數(shù)據(jù)以及土壤樣品的實測數(shù)據(jù),分析了武漢市主城區(qū)1996年～2010年的土地利用/覆被變化（lucc）及其對土壤有機碳儲量的影響.結果表明：武漢市主城區(qū)的lucc表現(xiàn)為水域、耕地、林地、草地和未利用地減少,城鄉(xiāng)居民用地增加;有機碳密度為林地＞草地＞耕地＞城鄉(xiāng)居民綠化用地＞水域＞未利用地;武漢市主城區(qū)土壤有機碳總儲量先遞減后上升,各時期都是耕地和水域的有機碳儲量最高,且城鄉(xiāng)居民綠化用地的土壤有機碳儲量年年增加,而水域的有機碳儲量年年減少;土壤有機碳儲量增加的來源主要是水域轉化為耕地和城鄉(xiāng)居民綠化用地,減少的來源主要是耕地轉化為城鄉(xiāng)居民綠化用地和水域.

基于巴江河和石林公園的協(xié)同保護利用,采用遙感和地理信息系統(tǒng)技術分析了2014年、1992年、1984年云南石林縣巴江河岸1000m范圍的影像或土地利用/土地覆被變化.30年來,巴江河岸土地利用/土地覆被結構顯著變化,耕地面積保持56％以上,林地面積減少了54％、草地面積減少了95％.但住宅倉儲工礦用地增加106倍,園地面積增加7.6倍、石礫地裸地面積增加1.7倍,土地利用結構嚴重碎化.這種變化的直接動力是居民用地和倉儲用地等向河岸帶集中.石林公園列為世界地質(zhì)公園/世界自然遺產(chǎn)地提升了巴江河作為其緩沖區(qū)河流的地位,但并沒有帶來巴江河岸土地利用結構的優(yōu)化.作為石林世界地質(zhì)公園組成部分和石林縣重要的景觀河保育,以2014年土地利用結構為基礎,應調(diào)整河岸土地利用結構,河岸帶林地可增加77％,分別來自減少的57％裸地石漠化地,10％的耕地調(diào)整以及住宅和園地增加的10％綠化.由此可知,巴江河上游地段土地利用結構應優(yōu)先調(diào)整.

本文以landsattm/etm+圖像為主要的數(shù)據(jù)源,提取了土地利用/覆被信息,利用單窗算法反演了地表溫度,結合渭庫綠洲近幾年的土地利用/覆被變化研究成果,分析了2001~2013年間渭庫綠洲土地利用/覆被變化及其對地表溫度的影響,同時利用像元分解模型得出綠洲植被覆蓋度,并分析了其與地表溫度的關系。結果表明:在2001~2013年的12年期間,渭庫綠洲耕地的面積增加了1588.83km~2。水體、鹽漬地、林地與其他土地類型的面積減少了2811.47km~2,綠洲地表溫度升高了8.4℃。植被覆蓋度與地表溫度呈明顯的負相關關系。渭庫綠洲土地利用/覆被變化改變了該區(qū)域的植被覆蓋度和地表溫度的空間分布特征,總體上研究區(qū)地表溫度的空間分布與土地利用/覆被的空間變化格局存在明顯的一致性。本文為渭庫綠洲生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等提供了一定的參考依據(jù)。

利用遙感圖像、1980年和2000年landsattm影像數(shù)據(jù),用分類統(tǒng)計方法、分段比重百分比指標法分析渭河流域土地利用及覆被變化空間分布和轉移情況。以清源河小流域為研究實例,用分類水文模型對其進行了模擬。結果表明,黃土高原土地利用及覆被變化對流域年徑流有顯著影響,即:對徑流的影響表現(xiàn)為季節(jié)性特征明顯;對暴雨形成的洪水過程有延時效應。

以黃河三角洲為研究區(qū),基于1986年6月5日和2009年6月4日的landsattm影像進行土地利用/覆被分類及變化特征研究,同時,基于sebal模型估算區(qū)域蒸發(fā)蒸騰量,進而分析濕地蒸發(fā)蒸騰的數(shù)量特征、空間格局特征及其對土地利用/覆被變化的響應特征。結果表明:23年間,58.74%的區(qū)域土地利用/覆蓋類型發(fā)生了變化,未利用地大幅減少,水體和建設用地大幅增加,顯著的土地墾殖與耕地荒廢則同時存在;蒸發(fā)蒸騰強度大小按土地利用/覆被類型排序依次為水體>灘涂>葦?shù)?gt;林草地>耕地>建設用地>未利用地,研究區(qū)未利用土地變?yōu)樗w和耕地是導致區(qū)域蒸發(fā)蒸騰整體提高的主導原因,而耕地流失則是導致區(qū)域蒸發(fā)蒸騰整體下降的主要原因,但23年間實際變化以前一種情形占優(yōu)勢,因而區(qū)域蒸發(fā)蒸騰總體呈現(xiàn)為增加趨勢。研究結果對區(qū)域土地利用規(guī)劃和水資源管理有重要的理論和實踐指導意義。